細(xì)胞增殖與調(diào)控-2015may2893

1、 如果時(shí)光倒流如果時(shí)光倒流25年，在座的各位還只不年，在座的各位還只不過是父母身體里的一個(gè)細(xì)胞；他們相遇融過是父母身體里的一個(gè)細(xì)胞；他們相遇融合為一個(gè)細(xì)胞，經(jīng)過不斷地合為一個(gè)細(xì)胞，經(jīng)過不斷地細(xì)胞增殖細(xì)胞增殖及其及其對(duì)這個(gè)過程的精密對(duì)這個(gè)過程的精密調(diào)控調(diào)控，才長(zhǎng)成了今天這，才長(zhǎng)成了今天這樣你。樣你。 在今后漫長(zhǎng)的人生中，你們身體里的大在今后漫長(zhǎng)的人生中，你們身體里的大多數(shù)細(xì)胞還要繼續(xù)增殖并受到調(diào)控，如果多數(shù)細(xì)胞還要繼續(xù)增殖并受到調(diào)控，如果這個(gè)過程發(fā)生了異常，健康就會(huì)受到威這個(gè)過程發(fā)生了異常，健康就會(huì)受到威脅脅HeLa cell in culturev細(xì)胞增殖（細(xì)胞增殖（cell prolifer

2、ation）是細(xì)胞）是細(xì)胞生命活動(dòng)的重要特征，包括細(xì)胞生長(zhǎng)生命活動(dòng)的重要特征，包括細(xì)胞生長(zhǎng)和細(xì)胞分裂的過程。和細(xì)胞分裂的過程。v細(xì)胞生長(zhǎng)（細(xì)胞生長(zhǎng)（cell growth）v細(xì)胞分裂（細(xì)胞分裂（cell division）細(xì)胞增殖的生物學(xué)意義細(xì)胞增殖的生物學(xué)意義生物繁育的基礎(chǔ)生物繁育的基礎(chǔ) 細(xì)胞補(bǔ)充細(xì)胞補(bǔ)充創(chuàng)傷修復(fù)創(chuàng)傷修復(fù)一、一、 前期前期（prophase）早中期早中期（prometaphase）中期中期（ metaphase ）后期后期（ anaphase ）末期末期（ telophase ）胞質(zhì)分裂胞質(zhì)分裂（ cytokinesis ）細(xì)胞周期細(xì)胞周期G1期期（Gap1 phase）S

3、期期 （S phase）G2期期（Gap2 phase）interphaseM phase間期間期分裂期分裂期interphaseprometaphaseprophasemetaphaseanaphasetelophasecytokinesis細(xì)胞周期特點(diǎn)細(xì)胞周期特點(diǎn)細(xì)胞周期時(shí)間（細(xì)胞周期時(shí)間（tC）周期細(xì)胞（連續(xù)分裂細(xì)胞）周期細(xì)胞（連續(xù)分裂細(xì)胞）靜止期細(xì)胞（休眠細(xì)胞、靜止期細(xì)胞（休眠細(xì)胞、G0期細(xì)胞）期細(xì)胞）終末分化細(xì)胞（不分裂細(xì)胞）終末分化細(xì)胞（不分裂細(xì)胞）細(xì)胞分類細(xì)胞分類周期細(xì)胞周期細(xì)胞(cycling cell)靜止期細(xì)胞靜止期細(xì)胞(quiescent cell, G0)終末分化細(xì)胞終

4、末分化細(xì)胞細(xì)胞同步化細(xì)胞同步化 （synchronization of cells）v指在生理過程中自然發(fā)生的或經(jīng)人為指在生理過程中自然發(fā)生的或經(jīng)人為處理造成的使細(xì)胞處于同一細(xì)胞周期處理造成的使細(xì)胞處于同一細(xì)胞周期時(shí)相的方法。時(shí)相的方法。 自然同步化與人工同步化自然同步化與人工同步化 人工同步化人工同步化選擇同步化選擇同步化誘導(dǎo)同步化誘導(dǎo)同步化有絲分裂選擇法有絲分裂選擇法細(xì)胞沉降分離法細(xì)胞沉降分離法 DNA合成阻斷法合成阻斷法有絲分裂中期阻斷法有絲分裂中期阻斷法的細(xì)胞的細(xì)胞v振蕩、收集、保存在振蕩、收集、保存在4、多次重復(fù)、多次重復(fù)v缺點(diǎn)：分離出來的缺點(diǎn)：分離出來的M期細(xì)胞數(shù)量較少期細(xì)胞數(shù)量較

5、少有絲分裂選擇法有絲分裂選擇法(mitotic shake-off)有絲分裂有絲分裂選擇法選擇法HeLa cell in culture活細(xì)胞離心淘洗法活細(xì)胞離心淘洗法DNA合成阻斷法合成阻斷法TdR雙阻斷法雙阻斷法( double thymidine block)TdR雙阻斷法雙阻斷法重點(diǎn)，理解重點(diǎn)，理解有絲分裂中期阻斷法有絲分裂中期阻斷法利用某些藥物（利用某些藥物（ 秋水仙素秋水仙素,Taxol, nocodazole）抑制微管的聚合，抑制）抑制微管的聚合，抑制有絲分裂器的形成，從而把細(xì)胞阻斷有絲分裂器的形成，從而把細(xì)胞阻斷在有絲分裂中期在有絲分裂中期優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便、同步化效率較高優(yōu)點(diǎn)：操

6、作簡(jiǎn)便、同步化效率較高缺點(diǎn)：阻斷的可逆性差缺點(diǎn)：阻斷的可逆性差Hela, Noc: 100ng/m, 16h G1 期期1G1期合成的蛋白質(zhì)期合成的蛋白質(zhì)細(xì)胞周期蛋白細(xì)胞周期蛋白( cyclin D, E( cyclin D, E等等) )S 期期v真核細(xì)胞真核細(xì)胞DNA復(fù)制特點(diǎn)復(fù)制特點(diǎn)DNA復(fù)制復(fù)制多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)復(fù)制起點(diǎn)成簇活化復(fù)制起點(diǎn)成簇活化DNA復(fù)制不同步復(fù)制不同步GC含量較高的含量較高的DNA序列在早序列在早S期復(fù)制期復(fù)制AT含量較高的含量較高的DNA序列在晚序列在晚S期復(fù)制期復(fù)制常染色質(zhì)先復(fù)制常染色質(zhì)先復(fù)制異染色質(zhì)在晚異染色質(zhì)在晚S期復(fù)制期復(fù)制v 組蛋白與組蛋白與DNA的合

7、成是一種聯(lián)動(dòng)關(guān)系的合成是一種聯(lián)動(dòng)關(guān)系v 在細(xì)胞在細(xì)胞S期存在一個(gè)反饋機(jī)制，調(diào)節(jié)游期存在一個(gè)反饋機(jī)制，調(diào)節(jié)游離組蛋白水平，保證組蛋白形成的數(shù)離組蛋白水平，保證組蛋白形成的數(shù)量與量與DNA量相適應(yīng)。量相適應(yīng)。G2 期期G2 期期v紡錘體組裝檢驗(yàn)點(diǎn)紡錘體組裝檢驗(yàn)點(diǎn)(spindle assembly checkpoint)M 期期v無絲分裂（無絲分裂（amitosis）：是細(xì)胞的直）：是細(xì)胞的直接分裂方式接分裂方式;v減數(shù)分裂（減數(shù)分裂（meiosis）：在生殖細(xì)胞）：在生殖細(xì)胞的成熟過程中進(jìn)行的成熟過程中進(jìn)行;v有絲分裂有絲分裂在體細(xì)胞中在體細(xì)胞中進(jìn)行，將其遺傳物質(zhì)載體平均分配進(jìn)行，將其遺傳物質(zhì)載體

8、平均分配到兩個(gè)子細(xì)胞中到兩個(gè)子細(xì)胞中.v有絲分裂過程人為劃分為有絲分裂過程人為劃分為前期（前期（prophase）早中期（早中期（prometaphase）中期（中期（metaphase）后期（后期（anaphase）末期（末期（telophase） 胞質(zhì)分裂（胞質(zhì)分裂（cytokinesis）v紡錘體（紡錘體（spindle）中心粒中心粒中心粒周圍物質(zhì)中心粒周圍物質(zhì)v星體（星體（aster）v中心體（中心體（centrosome）星體微管星體微管動(dòng)粒微管動(dòng)粒微管極微管極微管Microtubule: a/b a/b-tubulin heterodimerChristiane Wiese, an

9、d Yixian Zheng, JCB, 2006Microtubule NucleationK-fiberInterpolar microtubuleA s t r a l microtubuleSpindle Microtubules:Key components of mitotic spindle中心體周期（中心體周期（centrosome cycle） 中心體周期中心體周期 Centrosome 前期（前期（prophase）早中期（早中期（prometaphase）中期（中期（metaphase）后期（后期（anaphase）Anaphase AAnaphase B末期（末期（te

10、lophase） 胞質(zhì)分裂（胞質(zhì)分裂（cytokinesis）胞質(zhì)分裂胞質(zhì)分裂一、一、難點(diǎn)：有點(diǎn)難，難點(diǎn)：有點(diǎn)難，但很重要喔！但很重要喔！v1960s，Leland Hartwell以以芽殖酵母為實(shí)驗(yàn)材料，芽殖酵母為實(shí)驗(yàn)材料，v發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)cdc28基因基因vcdc28基因編碼一個(gè)基因編碼一個(gè)34KD的蛋白激酶，促進(jìn)細(xì)胞通的蛋白激酶，促進(jìn)細(xì)胞通過過G1/S檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)點(diǎn)研究背景研究背景budding yeastv1970s，Paul Nurse以裂殖酵母為以裂殖酵母為實(shí)驗(yàn)材料實(shí)驗(yàn)材料v發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)cdc2基因基因vcdc2基因編碼一個(gè)基因編碼一個(gè)34KD的蛋白的蛋白激酶，促進(jìn)細(xì)胞通過激酶，促進(jìn)細(xì)胞通過G

11、2/M檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)點(diǎn)v命名為周期蛋白依賴性蛋白激酶命名為周期蛋白依賴性蛋白激酶 研究背景研究背景Fission yeastv1980s，Timothy Hunt以海膽為實(shí)驗(yàn)以海膽為實(shí)驗(yàn)材料材料v發(fā)現(xiàn)細(xì)胞周期蛋白（發(fā)現(xiàn)細(xì)胞周期蛋白（Cyclin A和和B）研究背景研究背景Leland H. Hartwell R. Timothy (Tim) Hunt Sir Paul M. Nurse v2001年年10月月8日日Hartwell、Nurse和和Hunt因?qū)?xì)因?qū)?xì)胞周期關(guān)鍵調(diào)控分子的研究而獲諾貝爾生理學(xué)胞周期關(guān)鍵調(diào)控分子的研究而獲諾貝爾生理學(xué)/醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。周期蛋白（周期蛋白（Cyclin）周

12、期蛋白分類周期蛋白分類G1G1SG2Mconcentration周期蛋白依賴性蛋白激酶周期蛋白依賴性蛋白激酶（Cyclin dependent kinase, Cdk）CDK活性的調(diào)節(jié)因素活性的調(diào)節(jié)因素CyclinCDKCKIPSubstrateSubstratePCDK/Cyclinv活化位點(diǎn)：第活化位點(diǎn)：第161位的蘇氨酸位的蘇氨酸（T161） v抑制位點(diǎn)：第抑制位點(diǎn)：第14位位的蘇氨酸（的蘇氨酸（T14）v抑制位點(diǎn)：第抑制位點(diǎn)：第15位位的酪氨酸（的酪氨酸（Y15） CDK1磷酸化位點(diǎn)磷酸化位點(diǎn)CDK1CyclinBThr161Thr14Tyr15PPPPCDK1CyclinBThr16

13、1Thr14Tyr15PPCDK1CyclinBThr161Thr14Tyr15PCDK1Thr161Thr14Tyr15PCDK1Thr161Thr14Tyr15CyclinBCDK1Thr161Thr14Tyr15CyclinBC y c l i n B degradationActive MPFMitosisCdc25Wee1Myt1inactiveRegulation of CyclinB/CDK1磷酸化調(diào)節(jié)磷酸化調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)泛素化調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)泛素化調(diào)節(jié)CyclinBCdk1CyclinBCdk1UbUbUbUbCdc20APC/CB細(xì)胞周期的驅(qū)動(dòng)細(xì)胞周期的驅(qū)動(dòng)vG1期：期：CyclinD

14、與與Cdk4、Cdk6結(jié)合，結(jié)合，激活與激活與DNA復(fù)制相關(guān)的基因表達(dá)復(fù)制相關(guān)的基因表達(dá)vG1-S期：期：CyclinE與與Cdk2結(jié)合，促使結(jié)合，促使細(xì)胞通過細(xì)胞通過G1/S檢測(cè)點(diǎn)，啟動(dòng)檢測(cè)點(diǎn)，啟動(dòng)DNA合成合成vS期：期：CyclinA與與Cdk2結(jié)合，使結(jié)合，使DNA復(fù)制得以延續(xù)復(fù)制得以延續(xù)vM期：期：CyclinB與與Cdk1結(jié)合，促進(jìn)有結(jié)合，促進(jìn)有絲分裂事件的發(fā)生絲分裂事件的發(fā)生G1/S transitionCDK2/CyclinE CDK4/6/CyclinD 活化活化RB 磷酸化磷酸化E2F-1去抑制去抑制,激活轉(zhuǎn)錄激活轉(zhuǎn)錄G1S成熟促進(jìn)因子成熟促進(jìn)因子（maturation-p

15、romoting factor ，MPF ）CDK1CyclinBThr161Thr14Tyr15PG2MG2/M transition周期蛋白依賴性蛋白激酶抑制蛋白周期蛋白依賴性蛋白激酶抑制蛋白（CKI）CIP/KIP家族家族INK4家族家族CKI 對(duì)細(xì)胞周期的調(diào)控對(duì)細(xì)胞周期的調(diào)控CDKs/CyclinsMG1G2SCKIs: p15, p16, p21, p27Tumor suppressors: p53細(xì)胞周期調(diào)控細(xì)胞周期調(diào)控細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)S checkpoint G1/S檢驗(yàn)點(diǎn)檢驗(yàn)點(diǎn)G1/S檢驗(yàn)點(diǎn)檢驗(yàn)點(diǎn)繼續(xù)增殖細(xì)胞繼續(xù)增殖細(xì)胞暫時(shí)不增殖細(xì)胞暫時(shí)不增殖細(xì)胞不增殖細(xì)胞不增殖細(xì)

16、胞DSBsSensorsTransducersEffectorsCell Cycle ArrestDNA RepairApoptosisDNA Damage Response (DDR)G2/M檢驗(yàn)點(diǎn)檢驗(yàn)點(diǎn)繼續(xù)增殖細(xì)胞繼續(xù)增殖細(xì)胞暫時(shí)不增殖細(xì)胞暫時(shí)不增殖細(xì)胞不增殖細(xì)胞不增殖細(xì)胞CDK1CDK1離子輻射離子輻射DNA損傷損傷激活細(xì)胞周期檢驗(yàn)激活細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)的信號(hào)傳導(dǎo)通路點(diǎn)的信號(hào)傳導(dǎo)通路p53CHK2Pp21CDC25APCDK2p21CyclinECDK2p21CyclinEPPATMMDC153BP1MRNBRCA1MDC153BP1MRNBRCA1ATMMDC153BP1MRNBRCA1A

17、TRCHK1PCDC25APCDK2CyclinE/APPCHK2PCHK1PATRCDC25PCDK1CyclinBPP G1 S G2 MDSBSSBResected DSBLobrich M and Jeggo PNature Rev. 200714-3-3degradationdegradationNuclear transportCDC25PSpindle assembly checkpoint (SAC)Varetti G and Musacchio A, Current BiologyMad2Bub3BubR1Cdc20APC/CCyclinBCdk1Mad2Bub3BubR1Cdc2